Фильтрационный расчет грунтовых плотин

Под действием напора, создаваемого плотиной, происходит фильтрация воды через тело плотины и ее основание из верхнего бьефа в нижний. Свободная поверхность грунтового потока называется депрессионной поверхностью, а линия пересечения этой поверхности с вертикальной плоскостью - депрессионной кривой.

Задачами фильтрационных расчетов являются: определение потерь воды через те­ло грунтовой плотины и ее основание, если оно водопроницаемо; определение положе­ния кривой депрессии и выходных градиентов напора. При фильтрационных расчетах грунтовых плотин принимают следующие допущения: фильтрацию рассматривают в одной плоскости; грунт тела плотины считают однородно-изотропным; положение кривой депрессии в однородной плотине не зависит от качества грунта, а определяется только геометрическими размерами профиля плотины.

Проектный профиль грунтовой плотины приводит к расчетной схеме, в которой исклю­чают отдельные мелкие детали и не учитывают потери напора в пригрузке из крупнопо­ристых фунтов, уложенных поверх водонепроницаемых элементов - экранов или пону­ре. В верхнем бьефе за расчетный уровень принимают НПУ, в нижнем бьефе - уровень воды, соответствующий бытовому уровню, при котором будет установившийся расход фильтрационного потока в теле плотины.

Вначале находят положение раздельного сечения ∆L: ∆L=m₁ H₁/(2m₁+1)

Положение кривой депрессии определяют по уравнению: Y²=H₁² – 2q_mx/k_m

где q_m- удельный фильтрационный расход через тело плотины; к_т – коэффициент фильтрации тела плотины.

Величину удельного фильтрационного расхода q_m находят из уравнения: q_m/ к_т=(H₁² – H₂²)/2L_расч

где L_pacч - проекция кривой депрессии на плоскость основания, для однородной пло­тины L_расч =L + ∆L

При определении координат кривой депрессии задаются рядом значений (не менее пяти) х и определяют положение кривой депрессии. Для значения х=0 ордината рав­на Н₁ а при х = L_pacч ордината равна Н₂.

После определения координат кривой депрессии, оценивают фильтрационную прочность грунтов основания и тела плотины по величине выходного фильтрационного градиента: I_вых=∆h/∆l=(Y_n-1 – Y_n)/(x_n – x_n-1)<=I_к.

где ∆h- падение напора фильтрационного потока на линейном участке ∆l.

Значение выходного градиента должно быть меньше, чем значение градиента крити­ческого, который определяется строительными нормами. Если условие не выполняется, то необходимо пересмотреть принятые размеры элементов поперечного профиля фунтовой плотины, увеличить заложение низового откоса или размеры противофильтрационного устройства.

Если плотина не однородная, то при выполнении фильтрационных расчетов используют метод виртуальных длин, позволяющий виртуально заменить противофильтрационное устройство (экран или ядро) эквивалентным слоем и дальнейшие расчеты проводить как для плотины с ядром определяют из условия

L_я= * k_m/k_z , а плотины с экраном L_э= * k_m/k_э * sinθ, где - толщина противофильтрационного устройства в верхней и нижней частях; к_я ,к_э - коэффициенты фильтрации ядра и экрана; θ - угол наклона средней линии эк­рана к основанию плотины. Тогда для плотины с ядром L_расч = L + ∆L + L_я, а для пло­тины с экраном L_расч = L + ∆L + L_э.